電源提示：為隔離式轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)平滑軟啟動的簡單電路

大多數(shù) DC/DC 轉(zhuǎn)換器需要一個軟啟動電路來限制啟動時的浪涌電流。盡管具有上電復(fù)位 (POR) 功能的系統(tǒng)需要平滑軟啟動，但對于初級側(cè)帶有控制器且占空比或電流有限的隔離式轉(zhuǎn)換器來說，這很困難。

電子系統(tǒng)中使用了許多Buck降壓型變換器，這些變換器集成芯片中，有些使用了外部軟起動管腳來設(shè)定軟起動時間，而有些內(nèi)部集成的數(shù)字或模擬的定時器固定了軟起動時間以減小外部管腳的分配降低芯片成本。在一些實際的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，有外部軟起動管腳的芯片有時因為內(nèi)部軟起動電容的放電電路不能及時將軟起動電容的電荷放掉，導(dǎo)致系統(tǒng)重起時過流保護(hù)電路工作并閉鎖，系統(tǒng)不能正常工作；那些具有固定的軟起動時間的芯片有時卻不能滿足一些應(yīng)用的要求。

圖 1 顯示了從初級側(cè)進(jìn)行占空比軟啟動的正向轉(zhuǎn)換器的軟啟動。轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)態(tài)輸出為 12V。在 10V（系統(tǒng)的 POR 閾值）下施加 50% 的負(fù)載電流。一旦施加負(fù)載，輸出就會下降并觸發(fā)系統(tǒng)關(guān)閉，從而導(dǎo)致系統(tǒng)電源循環(huán)數(shù)次。軟啟動結(jié)束時，輸出超調(diào)10%，這是不可取的。

圖 1：啟動期間正激轉(zhuǎn)換器的輸出，負(fù)載為 10V

在這篇文章中，我將使用一個簡單的電路來實現(xiàn)隔離式轉(zhuǎn)換器的平滑軟啟動。該電路應(yīng)用于以LM5025為控制器的有源鉗位正激變換器。圖 2 顯示了次級側(cè)軟啟動的概念。

圖 2：隔離式轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)軟啟動電路

當(dāng)?shù)谝淮问┘虞斎霑r，轉(zhuǎn)換器輸出 (V OUT ) 開始上升。電容器 (C SS ) 正在充電。C SS充電電流 (I SS ) 流過電阻器 (R SS )。當(dāng) I SS為高時，則 V BE(on) /R SS。Q SS打開并開始從次級側(cè)補償節(jié)點 (SEC COMP) 汲取電流，從而降低占空比。在軟啟動期間，誤差放大器飽和，軟啟動電路在反饋回路中占主導(dǎo)地位。轉(zhuǎn)換器, C SS , R SS , Q SS和光耦形成一個閉環(huán)。當(dāng)輸出上升到穩(wěn)壓時，誤差放大器開始穩(wěn)壓并且 I SS減小。Q SS關(guān)閉。

公式 1 顯示了從 V OUT到光耦合器電流的傳遞函數(shù)：

雖然有效，但這個簡單的電路可能不穩(wěn)定，因為 Q SS前向增益 (β) 很高，并且在不同部分之間變化很大。為了穩(wěn)定該電路，在 Q SS的發(fā)射極和地之間插入一個增益降低電阻器 (R E ) ，如圖 3 所示。增加 R E可以降低啟動期間的反饋環(huán)路增益。

圖 3：添加 R E以穩(wěn)定軟啟動電路

公式 2 顯示了軟啟動電路傳遞函數(shù)與 R E：

在高頻下，使用公式 3 作為公式 2 的近似值：

我將軟啟動電路添加到具有以下參數(shù)的轉(zhuǎn)換器中：

· C SS = 0.1μF。

· R SS = 100kΩ。

· R E = 1.18kΩ。

圖 4 顯示了具有這些電路參數(shù)的軟啟動波形。當(dāng)系統(tǒng)開始汲取電流時，軟啟動電路停止從 COMP 汲取電流，占空比迅速增加。在負(fù)載瞬變引起輕微下降后，轉(zhuǎn)換器繼續(xù)軟啟動。

圖4：圖3所示軟啟動電路的軟啟動波形

圖 4 還顯示，在施加負(fù)載后，轉(zhuǎn)換器開關(guān)節(jié)點 (VSW) 具有額外的電壓尖峰。圖 5 顯示了放大的波形。很明顯，系統(tǒng)的振蕩頻率為 9.5kHz。

圖 5：帶軟啟動電路的放大軟啟動波形

本設(shè)計中的控制器是電壓模式控制器。由于雙極，功率級具有 180 度的相位下降。需要加一個零來提高穩(wěn)定性；您可以通過添加一個與 R E并聯(lián)的電容器 (C E ) 來實現(xiàn)。為了將相位裕度增加 45 度，我在 9.5kHz（測量的振蕩頻率）處設(shè)置了一個零。當(dāng) R E = 1.18kΩ 時，我添加了一個 15nF 電容器。

圖 6：具有更高穩(wěn)定性的軟啟動電路

圖 7 顯示了 C E = 15nF 時的啟動波形。振蕩被消除。總軟啟動時間為 50ms。

圖 7：C E = 15nF 時的軟啟動波形

在軟啟動期間，典型的光耦合器二極管電流 (I opto_D ) 為1.2mA至 0.8mA。這是由 LM5025 和光耦合器正向增益決定的。當(dāng) R E = 1.18kΩ 時，R SS兩端的電壓為 V BE(ON) + R E × 0.8mA = 1.644V。VBE(on) = 0.7V。因此，您可以將 I SS計算為 I SS = (V BE(ON) + R E × I opto_D )/R SS。I SS /C SS設(shè)置輸出 V OUT，dv/dt。為保證副邊軟啟動的有效性，原邊軟啟動也應(yīng)設(shè)置得比副邊軟啟動快得多。

測試結(jié)果表明，這種簡單的軟啟動電路可以有效地實現(xiàn)隔離轉(zhuǎn)換器的平滑軟啟動。